Лава существовала в недрах Луны дольше, чем считалось ранее

Фото из открытых источников

Согласно общепринятой теории образования Луны, всё началось примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда объект размером с Марс (Тейя) столкнулся с первозданной Землёй. В результате оба тела превратились в расплавленную массу, которая в конечном итоге слилась, образовав систему Земля-Луна (также известную как гипотеза гигантского удара). Эта теория также утверждает, что Луна постепенно остывала сверху вниз, при этом кора затвердевала и задерживала потоки лавы на ранних этапах её развития. Однако недавние результаты исследований образцов, полученных китайским зондом «Чанъэ-5», указывают на то, что лава существовала на меньшей глубине дольше, чем считалось ранее.

Образцы, полученные посадочным модулем «Чианъэ-5», относятся к молодому морскому базальтовому массиву в Океане Бурь, обширном лунном море на западном краю видимой стороны Луны. Образцы включали 1,7 кг выкопанного и выбуренного материала, состоящего из базальта и магматических пород, образовавшихся примерно 2 миллиарда лет назад, что делает их самыми молодыми образцами, полученными на сегодняшний день. Эти результаты противоречат ранее выдвинутой теории о том, что температура внешних слоёв Луны была слишком низкой для плавления в неглубоких недрах, и могут привести к пересмотру теорий о ранней эволюции Луны.

Исследованием руководил Стивен М. Элардо из Университета Флориды. К нему присоединились исследователи из Горной школы Колорадо, Рочестерского университета, Института планетологии (PSI), Гавайского института геофизики и планетологии, Гавайского университета в Маноа и Оксфордского университета. Статья с описанием их результатов была опубликована в журнале Science Advances.

Образцы вулкана «Чианъэ-5» представляют собой образцы горных пород, образовавшихся из быстро остывшей лавы, что характерно для морского региона, откуда они были получены. Чтобы оценить глубину залегания этой лавы, группа провела эксперименты при высоком давлении и температуре с имитатором лавы идентичного состава. На основе данных дистанционного зондирования с орбиты предыдущие работы китайских учёных показали, что извержение вулкана произошло в области с очень высоким содержанием радиоактивных тепловыделяющих элементов, включая калий, торий и уран.

Исследователи полагают, что в больших количествах эти элементы могут генерировать достаточно тепла, чтобы поддерживать Луну горячей у поверхности, замедляя процесс охлаждения с течением времени. До этого исследования предполагалось, что верхняя мантия остыла первой, поскольку поверхность постепенно отдавала тепло в космос, что основывалось главным образом на сейсмических данных, полученных астронавтами «Аполлона». Согласно этой теории, более молодые лавы, подобные образцам, полученным посадочным модулем «Чанъэ-5», должны были поступать из глубоких слоёв мантии, где Луна всё ещё была бы горячей. Однако эти результаты указывают на то, что в поверхностной мантии должны были быть карманы, достаточно горячие, чтобы частично расплавить горные породы 2 миллиарда лет назад.

«Используя наши экспериментальные результаты и расчеты тепловой эволюции, мы составили простую модель, показывающую, что обогащение радиоактивными элементами поддерживало бы верхнюю мантию Луны на сотни градусов горячее, чем она была бы в противном случае, даже 2 миллиарда лет назад», - объяснил профессор Элардо.

Лунный магматизм, отражающий вулканическую активность на Луне, даёт нам прямое представление о составе мантии Луны, откуда, в конечном счёте, и берутся магмы. У нас нет прямых образцов мантии Луны, как у Земли, поэтому наше представление о составе мантии опосредовано её лавами.

Это исследование помогает установить подробную хронологию эволюции Луны, что критически важно для понимания того, как формируются и развиваются планеты и более мелкие тела. Согласно общепринятой теории, этот процесс начинается с аккреции из протопланетного диска, где пыль и газ объединяются под действием углового момента, образуя планетарные тела. Изначально эти тела чрезвычайно горячие и имеют расплавленную поверхность, которая постепенно остывает, образуя твердые тела, состоящие из камня и металла, а некоторые из них образуют оболочки из газа или летучих веществ, таких как вода (в зависимости от того, где они формируются вокруг своих звезд).

Процесс охлаждения и формирование геологических слоёв — ключевые этапы эволюции этих тел. Поскольку Луна — ближайший небесный сосед Земли, изучение лунных образцов — самый простой способ узнать больше об этих процессах.

«Я надеюсь, что это исследование приведёт к новым исследованиям в области лунной геодинамики – области, использующей сложное компьютерное моделирование для моделирования движения, течения и охлаждения планетарных недр с течением времени. Эта область, по крайней мере для Луны, полна неопределённости, и я надеюсь, что это исследование поможет этому сообществу получить ещё одну важную информацию для будущих моделей», - сказал Элардо.